Iv
MATU • Trigonometria
MATU_TRI_029
Problema 396
Enunciado
Sabiendo que $x, y, z$ son los ángulos interiores de un triángulo. Demuestre que:
$\sin^2 x + \sin^2 y + \sin^2 z - 2 \cos x \cos y \cos z = 2$
$\sin^2 x + \sin^2 y + \sin^2 z - 2 \cos x \cos y \cos z = 2$
Solución Paso a Paso
1. Datos del problema:
2. Fórmulas/Propiedades:
3. Desarrollo paso a paso:
Usamos la identidad: $\sin^2 x + \sin^2 y = 1 - \cos(x+y)\cos(x-y)$.
$$ \text{LHS: } [1 - \cos(x+y)\cos(x-y)] + \sin^2 z - 2 \cos x \cos y \cos z $$
Como $x+y = 180^\circ - z$, entonces $\cos(x+y) = -\cos z$:
$$ 1 - (-\cos z)\cos(x-y) + (1 - \cos^2 z) - 2 \cos x \cos y \cos z $$
$$ 2 + \cos z \cos(x-y) - \cos^2 z - 2 \cos x \cos y \cos z $$
Factorizamos $\cos z$:
$$ 2 + \cos z [ \cos(x-y) - \cos z - 2 \cos x \cos y ] $$
Nuevamente, sustituimos $-\cos z = \cos(x+y)$:
$$ 2 + \cos z [ \cos(x-y) + \cos(x+y) - 2 \cos x \cos y ] $$
Aplicamos la fórmula de suma de cosenos: $\cos(x-y) + \cos(x+y) = 2 \cos x \cos y$.
$$ 2 + \cos z [ 2 \cos x \cos y - 2 \cos x \cos y ] $$
$$ 2 + \cos z [ 0 ] = 2 $$
4. Resultado final:
Se demuestra que la expresión es igual a 2.
- $x + y + z = 180^\circ$ (Ángulos internos de un triángulo)
- Identidad: $\sin^2 x + \sin^2 y + \sin^2 z - 2 \cos x \cos y \cos z = 2$
2. Fórmulas/Propiedades:
- $\sin^2 A = \frac{1 - \cos 2A}{2}$
- $\cos A + \cos B = 2 \cos\left(\frac{A+B}{2}\right) \cos\left(\frac{A-B}{2}\right)$
- Si $x+y+z=180^\circ$, entonces $\cos(x+y) = -\cos z$
3. Desarrollo paso a paso:
Usamos la identidad: $\sin^2 x + \sin^2 y = 1 - \cos(x+y)\cos(x-y)$.
$$ \text{LHS: } [1 - \cos(x+y)\cos(x-y)] + \sin^2 z - 2 \cos x \cos y \cos z $$
Como $x+y = 180^\circ - z$, entonces $\cos(x+y) = -\cos z$:
$$ 1 - (-\cos z)\cos(x-y) + (1 - \cos^2 z) - 2 \cos x \cos y \cos z $$
$$ 2 + \cos z \cos(x-y) - \cos^2 z - 2 \cos x \cos y \cos z $$
Factorizamos $\cos z$:
$$ 2 + \cos z [ \cos(x-y) - \cos z - 2 \cos x \cos y ] $$
Nuevamente, sustituimos $-\cos z = \cos(x+y)$:
$$ 2 + \cos z [ \cos(x-y) + \cos(x+y) - 2 \cos x \cos y ] $$
Aplicamos la fórmula de suma de cosenos: $\cos(x-y) + \cos(x+y) = 2 \cos x \cos y$.
$$ 2 + \cos z [ 2 \cos x \cos y - 2 \cos x \cos y ] $$
$$ 2 + \cos z [ 0 ] = 2 $$
4. Resultado final:
Se demuestra que la expresión es igual a 2.